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Tipo: TCC
Título: Bioinformática estrutural aplicada a bioprospecção alvo direcionada de compostos com potencial antitumoral
Título em inglês: Structural bioinformatics applied to bioprospecting compounds with anticancer potential
Autor(es): Soeiro, José Eduardo de Melo
Orientador: Wilke, Diego Veras
Palavras-chave: Atracamento molecular;Microrganismos marinhos;Otimização de compostos orgânicos;Estaurosporinas;ADME-Tox
Data do documento: 2023
Citação: SOEIRO, José Eduardo de Melo. Bioinformática estrutural aplicada a bioprospecção alvo direcionada de compostos com potencial antitumoral 2023. 76 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Ciências Biológicas) – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Resumo: O câncer é uma doença complexa que age pela proliferação desordenada de células em vários órgãos e seu tratamento pode ser invasivo e inespecífico, além de esbarrar na resistência tumoral. Pesquisas que busquem potenciais tratamentos estão espalhadas por todo o território brasileiro, inclusive tendo os ecossistemas marinhos como fonte de compostos. Assim, o MicroMarin é um banco de microrganismos marinhos coletados na zona de exclusividade econômica brasileira, também conhecida como Amazônia Azul. As moléculas identificadas nas cepas bacterianas do MicroMarin são investigadas a partir de sua atividade citotóxica, como possíveis candidatos a fármacos anticâncer, por metodologias experimentais e in silico. No contexto do tratamento do câncer, a bioinformática pode desempenhar um papel importante na triagem e direcionamento de fármacos, tornando os estudos posteriores mais assertivos e diminuindo custos e tempo do processo de desenvolvimento de medicamentos. O presente trabalho trata-se de um estudo sobre a aplicação da bioinformática na prospeção de compostos com potencial farmacológico para o tratamento do câncer. O objetivo foi a otimização de uma série de estaurosporinas do banco de microrganismos MicroMarin, pro meio de abordagens in silico de bioinformática estrutural, ou seja, que consideram aspectos tridimensionais dos objetos de pesquisa. Consideradas moléculas com toxicidade exacerbada, as estaurosporinas presentes no MicroMarin tiveram suas propriedades físico-químicas e farmacocinéticas caracterizadas, e suas estruturas foram divididas em subgrupos, permitindo a otimização in silico por exclusão das subestruturas. Tanto as estaurosporinas identificadas, quanto às otimizadas digitalmente, foram submetidas a ensaios de atracamento molecular e comparadas quanto à toxicidade e propriedades farmacocinéticas. A otimização das estruturas resultou na obtenção de vinte novas estaurosporinas, nas quais cinco apresentaram Dose Letal Mediana (LD-50) previstas aumentadas de 11-1000mg/Kg para 5000-12800mg/Kg, possibilitando uma maior segurança na administração. Além disso, os ensaios de toxicidade sistêmica (utilizando o software ProTox-II), preveem que estas cinco estruturas destacadas apresentam menos efeitos tóxicos quando comparadas com as moléculas protótipos. A prospecção in silico de possíveis alvos moleculares (target fishing) para as estaurosporinas otimizadas levou à seleção, para os estudos de atracamento molecular, da tirosina quinase RET, que quando mutada promove a proliferação celular desordenada em diferentes tipos tumorais, entre eles o adenocarcinoma de tireoide. Quando comparadas às estaurosporinas modelo, conhecidas como inibidores não seletivos de quinases, as cinco estruturas otimizadas que apresentaram menor toxicidade, também possuem uma maior estabilidade na interação com a RET quinase, identificada pela maior quantidade de pontes de hidrogênio entre moléculas e receptor. Os resultados deste trabalho lançam luz sobre mecanismos de otimização de moléculas candidatas a fármacos anticâncer, diminuindo a toxicidade e aumentando a interação entre esses e seus alvos moleculares. Contudo, dados experimentais são essenciais para corroborar e validar os resultados obtidos por bioinformática. Ensaios de viabilidade de síntese também se fazem necessários a fim de tornar possível a obtenção e testes com as moléculas otimizadas.
Abstract: Cancer is a complex disease that acts by the disordered proliferation of cells in various organs and its treatment can be invasive and nonspecific, in addition to running into tumor resistance. Research seeking potential treatments is spread throughout the brazilian territory, including marine ecosystems as a source of compounds. Thus, MicroMarin is a bank of marine microorganisms collected in the brazilian economic exclusivity zone, also known as the Blue Amazon. The molecules identified in the bacterial strains of MicroMarin are investigated from their cytotoxic activity, as possible candidates for anticancer drugs, by experimental and in silico methodologies. In the context of cancer treatment, bioinformatics can play an important role in drug screening and targeting, making further studies more assertive and reducing the costs and time of the drug development process. The present work is a study on the application of bioinformatics in the prospection of compounds with pharmacological potential for the treatment of cancer. The objective was the optimization of a series of staurosporine from the MicroMarin microorganism bank, through in silico structural bioinformatics approaches, in other words, considering three-dimensional aspects of the research objects. Considered molecules with exacerbated toxicity, the staurosporine present in MicroMarin had their physicochemical and pharmacokinetic properties characterized, and their structures were divided into subgroups, allowing in silico optimization by the exclusion of substructures. Both the identified and digitally optimized staurosporine were subjected to molecular docking assays and compared for toxicity and pharmacokinetic properties. The optimization of the structures resulted in twenty new staurosporines, of which five had a predicted Median Lethal Dose (LD-50) increased from 11-1000mg/Kg to 5000-12800mg/Kg, allowing greater safety in administration. In addition, systemic toxicity assays (using ProTox-II software) predict that these five highlighted structures present fewer toxic effects when compared to the prototype molecules. The in silico prospection of possible molecular targets (target fishing) for the optimized staurosporine led to the selection, for the molecular docking studies, of the RET tyrosine kinase, which when mutated promotes disordered cell proliferation in different tumor types, among them thyroid adenocarcinoma. When compared to model staurosporine, known as non-selective kinase inhibitors, the five optimized structures that showed lower toxicity, also have greater stability in the interaction with RET kinase, identified by the greater amount of hydrogen bridges between molecule and receptor. The results of this work shed light on optimization mechanisms of anticancer drug candidate molecules, decreasing toxicity and increasing the interaction between these and their molecular targets. However, experimental data are essential to corroborate and validate the results obtained by bioinformatics. Synthesis feasibility tests are also necessary to make it possible to obtain and test the optimized molecules.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/73603
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